悬挂运动控制系统硬件电路设计

《悬挂运动控制系统硬件电路设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、悬挂运动控制系统硬件电路设计摘 要给出一种悬挂运动控制系统设计方案，驱动电路前后级采用光电耦合器隔离，有效降低干扰对步进电机的影响，提高步进电机工作的可靠性。同时这种系统具有运动轨迹设置灵活、简单、性能稳定等特点。　　关键词悬挂运动；单片机；步进电机；驱动　　TMA1673-9671-(2010)122-0017-01　　　　单片机的技术发展十分迅速，其应用也越来越广泛，特别是用来控制其他设备以满足某些设计的需要。步进电机是可以用脉冲信号直接进行定位控制，由于其具有一定的精度，且控制线路简单，使用方便、可靠，随着技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对

2、步进电机的运行性能提出了更高的要求。本文就采用当前流行的PIC单片机来对步进电机进行控制以及自适应控制技术在步进电机中的应用进行了研究和讨论。　　1设计方案　　本方案采用两个步进电机拖动悬挂物在平面上做水平、垂直方向运动，以AT89C51单片机作为控制核心，输出控制脉冲信号给驱动电路控制步进电机运动。相较采用电路复杂、易产生偏差、主要利用光电传感器检测法的备选方案，本方案单片机对驱动电路仅输入脉冲，不要反馈信号，控制简单，电路也不复杂，易于实现。　　2概述　　悬挂运动控制系统控制设计主要强调了对悬挂物运动的控制。方案总体设计思路：本系统以单片机AT89C51为控制核心，通过所需运动轨迹曲

3、线特点，编写相应程序，然后把程序写入单片机，发出脉冲信号对驱动步进电机进行控制，实现了悬挂物在倾斜角为70度的平面上做平移运动的功能。　　3总体设计　　总体设计采用分块设计。硬件采用分模块设计，即分为单片机小系统模块和步进电机驱动模块两个模块。程序设计分主程序设计和子程序设计，主程序调用子程序。　　由AT89C51的P1口输出两路四相控制信号，两路信号同时输出。步进电机的驱动是自行设计的驱动电路：单片机输出的控制信号高电平经74LS04缓冲后经200Ω限流电阻接到光电耦合的输入端，光电耦合器输出极接5V电源及限流电阻后接到功放管BU406的推动级三极管9018的基极，使9018导通，BU

4、406工作，电源电压加到步进电机，则单片机的脉冲信号依次输入步进电机并使其工作。　　单片机对步进电机的控制部分是系统设计的技术关键，随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机与微机系统之间的距离越来越小，直至难以辨认。　　4硬件设计　　此模块由单片机复位电路及单片机振荡电路组成。单片机复位电路是整个设计方案成功实现的关键部件，它使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初试状态。单片机的工作就是重复位开始的。单片机振荡电路在整个设计中是非常重要的部分，它为单片机提供时钟信号以使其工作。具体电路如图1所示。　　步进电机要工作需要足够的脉冲功率，本设计单相电流达到0.2A。一般脉冲产

5、生器输出的功率只有几毫瓦远达不到步进电机工作的功率，需要采用驱动电路对脉冲产生器输出的电流进行放大。步进电机的驱动一般有集成的驱动元件如LM297等，集成元件具有较宽的电压范围和较大的电流，但需要大功率的脉冲输入驱动，并且没有抗干扰电路，因此设计了由74LS04、200Ω电阻、光电耦合器、放大三极管9018和中功率放大管BU4O6组成的有抗干扰能力的驱动电路。74LS04作单片机和光电耦合器之间的缓冲电路，提高单片机输出脉冲的电流；光电耦合器起前后级电路隔离作用，增强驱动电路抗干扰能力；NPN管9018作功放管BU406的前置放大级对光电耦合器输出的电流进行放大，推动BU406工作；中功

6、放管BU406最后进行功率放大，放大电流单相可以达到0.5A。具体电路图如图2所示，RX和DX1作5V电源指示，J1和J2是模块输入输出接口，J1是输入接口，J2是输出接口。　　图1单片机小系统电路　　图2步进电机驱动电路　　5软件设计　　设计轨迹为一段弧，单片机一开机就运行，起始位置通过手动修改。具体做法是手动改变两个电机的绳长，使步进电机停于指定位置，开机运行，通过对两个步进电机运行步数及正反转的控制达到画弧的目的。给步进电机一定频率的脉冲，使电机拖动一载体移位100cm，记录下此期间所给脉冲总数z，由此则步进电机拉动载体位移1mm所需的脉冲数（注意给定的频率不要太高，否则会出现失步

7、。多测几次，取脉冲数相近的那个脉冲数z），因此，直接可将拉线的位移转化为送给电机的脉冲个数。脉冲的频率决定转速，脉冲个数决定位移。　　6结论　　由系统的调试及测量结果来看，达到了预期的设计目的。采用AT89C51能够对步进电机实施有效的控制，步进电.17.机能够按照预定要求执行任务。但AT89C51的浮点运算能力不强，不能够控制步进电机作更复杂的运动。